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[硕士论文] 陈志鹏
水利工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:旱灾自古以来都是中国和全球面临的重大自然灾害之一,随着全球气候变化以及人类活动加剧,旱灾带来的危害也呈现加重的趋势。旱灾的影响因素众多,旱灾自身的脆弱性是产生风险的关键。基于此,论文将旱灾风险评估的基本理论与实际应用相结合,确立试验指标,构建BP神经网络模型,定性的图表分析与定量的计算相结合,探讨基于BP神经网络的旱灾脆弱性研究方法。研究区域选取淮北平原,研究对象选择淮北平原夏大豆,建立基于BP神经网络的旱灾脆弱性研究方法并开展应用研究,取得如下结论:
  (1)根据安徽省淮河水利委员会水利科学研究院的蚌埠新马桥农水综合试验站夏大豆盆栽受旱试验的数据,统计和计算出试验指标,并将各指标与产量建立关系,制出关系图和表,进行相关性分析。结果表明:各生育期的干旱历时、干物质量、干旱强度指标与产量的相关性都较好。其中,干旱强度和产量的关系好,说明了干旱强度对受水分胁迫的大豆产量的影响很大。
  (2)用BP神经网络的方法建立模型,测算不同受旱条件下不同生育阶段的夏大豆产量。通过不同模型间对比,分析各指标在不同生育阶段对产量的影响程度,确立影响因子。结果表明指标和产量的相关性较好,各生育期产量的影响因子均有干旱历时、干旱强度、干物质量,不同的是,前三个生育期的影响因子还包括叶面积指数,最后一个生育期的影响因子包括千粒重、实荚率。指标和产量相关性很好且拟合误差、验证误差较小。
  (3)通过BP神经网络模型求得产量的拟合值(预测值),与实测值一同建立轻旱、重旱减产率。结果表明:不管是在同生育期不同处理条件下,还是在不同生育期同处理条件下,轻旱、重旱的减产率预测值和实测值之间的相对误差不大,因此对于轻旱、重旱减产率的预测较为准确。
  (4)从灾害学与自然灾害风险形成机制的角度出发,研究干旱历时、干旱强度对夏大豆减产率(损失率)的影响以研究脆弱性,作出脆弱性曲线并进行相关性分析。同时,研究干旱历时、干旱强度对营养物质的影响,作关系图进行相关性分析,从另一角度研究脆弱性。结果表明:各生育期的干旱强度、干旱历时与干物质量、减产率的相关性都较好,即水分胁迫下的脆弱性显著。四个生育期的干旱强度和减产率的关系都很好,说明了受水分胁迫的大豆脆弱性里干旱强度的作用很大。
  (5)用BP神经网络的方法建立模型,测算不同干旱强度、干旱历时条件下的脆弱性和营养物质。不同模型间对比,研究脆弱性,还研究干旱强度、干旱历时对营养物质的影响。最终得出脆弱性显著,对减产的影响较大的结论;同时还发现脆弱性和全生育期营养物质的关系很好,误差也小的结论,也从侧面说明受水分胁迫下脆弱性显著。
[博士论文] 佘宝
农业遥感与信息技术 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:油菜在我国位居油料作物之首,我国油菜的播种面积和产量均居世界第二位,其中约90%为冬油菜。越冬期是冬油菜必然经历的物候阶段,因而具有发生冻害的风险。传统意义上的油菜冻害监测与评估都是由工作人员到田间实地调查得到冻害指数,不仅耗时、成本高,且代表性差。遥感是及时获取大范围地表信息的有效有段,在作物灾害监测与评估领域具有明显的优势。本研究选取传统的冬油菜主产区—安徽省作为研究区域,基于中等分辨率成像光谱仪MODIS/MERIS、国产环境减灾卫星HJ-CCD/IRS等多种遥感数据源,以明确记载有油菜冻害发生的典型年份作为研究案例,探索针对油菜冻害的多角度评估方法,研究时相包括2003-2004、2009-2010和2010-2011三个生长季。主要的研究内容以及取得的主要成果包括以下几个方面:
  (1)基于日最低气温指标的油菜冻害发生区域判断
  本文从油菜冻害的致灾因子—日最低气温出发,综合利用MODIS遥感数据、地面气象观测资料和基础地理数据,采用星地多源数据相结合的解决思路,依据各等级油菜冻害的致灾温度国家标准,对于可能会有冻害发生的区域进行判断。以2004年1月下旬及2月上旬发生的油菜冻害为例,论文分晴空与云覆盖两种情况讨论了对研究区域全覆盖的日最低气温分布数据的获取方法。
  对于晴空条件,本文通过建立日最低气温与晴空下LST、NDVI及儒略日(DOY)之间的多元线性回归方程来估算其空间分布,以2000-2014年间冬季三个月每日获取的数据为输入用于建模及验证。结果显示对于日最低气温的估算效果,基于前一天夜间所获取的Terra-LST建立的估算方程具有最佳的表现,其次为当日白天获取的Terra-LST、白天Aqua-LST和夜间Aqua-LST。对于阴天条件,本文采用旬低温(旬内平均日最低气温)背景网格推算+冻害年份低温距平调整+残差空间化方法逐步拟合云下的最低气温分布场,该方法首先基于经度、纬度、海拔、坡度和坡向等地理要素数据来推算安徽全省冬季各旬(12月上旬至次年3月上旬)常年低温水平的空间分布。在HANTS滤波的支持下基于8天合成的LST产品(MOD11A2)来模拟冻害发生年份指定旬与常年(2000-2014年)同时期低温程度的距平,而后利用安徽省78个县级气象站的气温观测数据将各低温日期的最低气温与灾害年份旬低温水平之间的残差进行空间化。本文以地理要素数据为输入分别考查了多元线性回归以及随机森林非线性回归方法对低温残差的估算效果,结果显示随机森林模型对残差的估算精度明显要优于多元线性回归方法,故采用该方法将各站点处的低温残差扩展到整个研究区域。
  以晴空下的最低气温估算结果为主体,利用云下的推算结果作为补充,从而得到每个低温日期上对研究区域全覆盖的1km分辨率的最低气温分布。由于国家标准中尚未对低温的持续时间进行定义,本文采用冷积温指标,即低温时段内每日最低气温的累加值来判断可能会有油菜冻害发生的区域。结果显示冷积温能够捕捉到出现在皖北地区(主要是宿州市一带)以及江淮地区(主要为合肥及滁州地区)的低温分布状况,且通过与各气象站的观测值进行比较(相关系数r=0.810,P<0.01,RMSE=8.6℃),冷积温的估算取得了较好的效果。
  (2)油菜的遥感识别与提取
  油菜从始花期到盛花期绿度出现下降,在植被指数时间序列剖面上呈现为“谷”的特征,区别于同时期生长的其他冬季作物(主要为冬小麦),基于这两个物候时期油菜所特有的绿度变化趋势可以实现其种植区域的提取。考虑到不同地区生长的油菜物候期并不同步,本文基于8天合成的MODIS-NDVI时间序列数据,在S-G滤波平滑的基础上,通过识别不同地区始花期和盛花期的开始时间从而分区域提取出安徽全省油菜的分布,并且依据统计年鉴所记录的市级油菜种植面积数据对提取结果进行了检验。
  当冻害较为严重时,受冻后的油菜在花期时植株趋于低矮、花朵稀疏,在30 m像元分辨率尺度上与冬小麦容易混淆,极易造成对实际种植面积的低估,此外农业灾害评估又具有现势性要求。结合合肥当地油菜生产的实际情况,针对该问题本文提出了基准种植区域+越冬作物掩膜调整方法,采用相邻正常生长季(未有冻害发生)的油菜分布作为基准,基于越冬作物从出苗到越冬前生长的特性建立掩膜来调整基准种植区域,将得到的结果用来表示冻害发生年份越冬时期的油菜分布,并且依据油菜播种面积统计数据对其进行检验。
  (3)油菜冻害灾情的遥感评估
  对于2004年发生的油菜冻害,在MODIS像元尺度上借助于时间序列剖面分析了4种广泛采用的植被指数对于冻害的敏感性。结果显示,NDVI和GNDVI的表现要优于EVI和SAVI这两个植被指数,相比之下NDVI对于冻害影响的表现更为充分。MODIS数据具有较长的时间序列连续性,适合采用植被指数距平法评估冻害灾情。选取相邻几个正常生长季(2001-2006不含2004年)同时期的平均长势水平作为基准,采用NDVI年际标准差来表示长势的正常年际波动,将冻害影响后的长势水平相对于基准水平的百分比差异用来描述冻害的灾情程度。由于缺乏田间实测的灾情数据,本文选取全省47个油菜主产县区的平均冻害程度与相应的冷积温进行相关性分析,结果表明二者之间具有显著的相关性(r=0.378,P<0.01),从而一定程度上支持了灾情的评估结果。
  MODIS空间分辨率较低,适合开展大范围油菜冻害的筛查,但对于市(县)区域的油菜冻害遥感监测与评估,需要采用更高空间分辨率的数据进行研究。综合考虑现有遥感资料的空间和时间分辨率,对于2010年和2011年初发生的油菜冻害,本文尝试采用国产环境减灾卫星数据进行冻害评估。选取由HJ-CCD的4个工作波段构建的8个常用的植被指数作为候选的冻害评估指标。利用2009-2010生长季灾后相对于灾前时相各植被指数的变化量较正常生长季(2008-2009)同时期变化量的归一化差异直方图曲线来判断不同植被指数对于冻害的敏感性。结果表明在30m空间分辨率尺度上,NDVI和GNDVI较其他植被指数同样具有更高的敏感性,相比较而言GNDVI的敏感程度更高,因而适合作为冻害的评估指标。基于灾后时相相对于基准水平的GNDVI百分比差异来判断冻害发生年份的灾情等级,对于2011年1月份发生的油菜冻害,本文选取合肥市9个苗情监测点实测的田间冻害指数对结果进行了验证,分析表明遥感评估得到的冻害程度与田间实测冻害指数之间具有较高的相关度(r=-0.698,P<0.05)。采用灰色关联分析方法和统计分析方法,本文考查了一些自然因素和作物自身条件对冻害灾情程度的影响,结果显示南坡向和西坡向种植的油菜灾情相对更为严重,几个因素对灾情影响程度的大小由高到低依次为:灾前长势、土壤湿度、最冷日期的地表温度和海拔高度。
  (4)新的冻害敏感指数的构建
  本文基于中等分辨率成像光谱仪MODIS和MERIS波段所构建的几个生理变量敏感植被指数,在1km级分辨率尺度上考察了这些指数对于低温胁迫的响应模式及其冻害敏感性差异。所选取的指数包括MODIS-PRI(表征光合速率)、NDWI(表征冠层湿度),以及MERIS-MTCI(表征冠层叶绿素含量)、REP(红边位置)与LAI(叶面积指数)。结果显示PRI对于低温胁迫响应非常强烈,间接表明光合作用对于冻害敏感;油菜受冻之后NDWI呈现为异常上升的趋势,据此推测冻害导致了冠层失水;LAI对于冻害响应迟钝,其数值不仅降幅较小且低温过后迅速恢复;低温过程并未引起MERIS-MTCI与REP的降低或者削弱,推测冻害可能并未引起叶绿素水平的降低。低温显著地抑制了MTCI数值水平的上升,而REP几乎未受到低温的影响,引入红边波段构建的红边NDVI对于低温胁迫的敏感程度要低于标准NDVI。
  基于上述发现,本文选取MODIS-L1B级数据中对植被光合作用以及冠层湿度较为敏感的7个波段,在不同冻害等级的随机分层抽样样本的支持下,通过最佳指数(the optimalindex factor,OIF)分析方法筛选出其第5、11和12波段组合构建并且提出了新的冻害敏感植被指数MFISI(MODIS Freezing Injury Sensitive Index)。该指数能够同时响应植被的光合作用与冠层湿度参数,具有明确的生理学意义;且由于两种生理指标在遥感水平上对于冻害均敏感,新指数能够明确地展现冻害的影响,其数值的空间分布图具有丰富的地物细节信息;新指数在冻害灾情的预判以及冻害发展趋势的预测方面,其表现要优于广泛应用的NDVI。
[硕士论文] 刘用
农业遥感与信息技术 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:区域汛期洪水预报一直是摆在水文工作者及科研者面前的一道难题,及时有效、精确地进行洪水预报对国家民生安全和经济发展都具有重要的意义。深入研究洪水形成的物理规律特性,探讨水文三要素即降雨、流量和水位与洪水形成的关系,发挥计算机、物理和地理信息等多学科交叉优势,将是洪水预报理论及方法技术突破的关键结合点。
  本研究基于浙江省重大科技专项重点社会发展项目—“星陆双基汛情监测与防汛减灾辅助分析系统研究与应用”的成果,围绕水文三要素展开了进一步的防汛抗洪辅助分析研究。主要研究内容和相关结论如下:
  (1)传统水文监测站点的降水数据精度高质量好,但由于站点数量有限,很难精确表征区域面雨量信息。卫星遥感降水数据可以大面积同步观测区域面雨量,但空间分辨率低,精度不高。本文采用地理加权回归算法,基于高空间分辨率的NDVI、DEM和LST等环境因子,将原始空间分辨率为25km的TRMM卫星遥感降水数据降尺度至1km,且多年平均TRMM值与地面站点实测数值的相关系数由降尺度前的0.64提高到降尺度后的0.77。
  (2)传统径流量的估算大都基于经验函数,很难从物理、水文等基础原理上来进行解释。本文采用SWAT分布式水分模型对曹娥江上游地区的新嵊流域开展径流模拟研究,经过参数敏感性排序分析和率定,验证期纳什效率系数ENs和确定性系数R2分别达到了0.847和0.901,完全符合模型精度要求。
  (3)引入模糊聚类算法,开展基于历史洪水数据的实时洪水水位模糊匹配研究。首先将研究区多年历史水文数据进行整编入库,建立一套标准化的历史水雨情数据库;基于降雨量、暴雨中心等相关洪水特征因子,采用模糊K-mean聚类算法对长时间系列历史暴雨信息进行挖掘分析。最后基于该聚类结果,为实时洪水水位的模糊匹配和辅助预报分析提供参考。
  (4)基于区域面雨量遥感估算、径流量模拟和历史数据挖掘等洪水辅助预报关键技术的研究,采用HTML5与GeoServer等主流开源技术,集成开发了一套基于WebGIS平台的防汛抗洪辅助分析决策系统。系统界面美观、功能实用且操作简单,为相关水文部门工作者开展防汛抗洪的辅助分析工作提供了极大方便。
[硕士论文] 黄路梅
地图学与地理信息系统 贵州师范大学 2017(学位年度)
摘要:农业旱灾脆弱性评价是农业生产系统中防旱抗灾的一个重要环节,已经在很多地区有所探索和实施。针对贵州省,虽然有局部地区在展开关于农业旱灾脆弱性评价的相关研究,但是目前还没有形成统一的旱灾脆弱性评价的理论和方法。
  本文分区评价通过构建关于农业旱灾脆弱性的层次分析法数据库模型,把农业旱灾脆弱性分为A(目标层)层,把敏感性因素和恢复力因素各分为 B1层和 B2层(准则层),把指标分为 C层,构建A(目标层)—C(指标层)的总排序矩阵并通过一致性检验计算出脆弱度数值。运用SPSS19.0软件利用K-均值聚类统计分析把脆弱度值等级划分为五个等级,利用 GIS软件做出基于脆弱度值的空间分布图。毕节市、遵义市、六盘水市在多个年份处于极重脆弱度区和重脆弱度区,主要与该地区旱地面积比重大,人均水资源量少,地表水资源量少,相对湿度大,农民人均纯收入少,农用水泵少,水利设施条件差有关,且与该地区岩溶地貌广育,土层薄,植被少,保水能力差,生态环境脆弱,抗旱能力小(自然地理的因素)有关。黔东南州、铜仁市和黔南州农业旱灾脆弱度与同时期其他地区相比较低,主要与该地区旱地面积比重较小,降水量较多,相对湿度较小,地表水资源量较多,人均水资源量较多,农民人均纯收入多,农用水泵多,水利设施条件好,抗旱能力强有关,与该地区非岩溶地貌多,植被好,土层相对较好,抗旱性好有关。极重脆弱度区面积比重与重脆弱度区面积比重之和在26.13%~43.59%,多数年份均为38.33%,比重大,表明从整体上看贵州省农业旱灾脆弱性严重。各等级脆弱度区面积比重差异很大,呈现“两头多,中间少”分布。
  综合性评价通过构建熵值—定量评价模型研究得出贵州连续12年的农业旱灾脆弱度特征值均为高值.脆弱度值均大于0.5,但各年份间脆弱度值也有一定的浮动,大致浮动在0.647附近,表明整体上看贵州省农业旱灾脆弱性严重。
  本文等级评定通过构建可变模糊—灰色关联分析模型,计算出4(人口占全省百分比、GDP占全省百分比、地表水资源量占全省百分比、喀斯特分布面积占各区百分比)个因素和样本综合评价级别特征值均值的灰色关系系数和关联度。4个因素都对贵州农业旱灾脆弱性具有一定的影响,但影响力不同,且4个因素在不同的地区可以有不同的组合方式,组合方式不同,对农业旱灾脆弱性的影响也不同。其中人口、GDP、地表水资源量占全省百分比是其决定因素,喀斯特的影响程度在减小。
[硕士论文] 高松阳
生态学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:玉米是黑龙江省主要粮食作物之一,而干旱是黑龙江省玉米生产面临的最重要的气象灾害。本文以黑龙江省1965-2014年的降水量、最高气温等气象资料以及玉米产量数据为基础,通过数据整理,采用降水距平百分率、Mann-Kendall突变检验、标准化降水指数和相关性分析等方法研究黑龙江省近50年玉米生育期降水、高温等气候因子的变化规律,并探讨典型干旱年份降水、高温的变化特点及其与玉米相对气象产量的关系。以期为农业应对气候变化、作物布局结构调整和抗旱减灾提供参考。主要研究结果如下:
  (1)黑龙江省玉米产区较为严重的干旱灾害主要发生在20世纪70年代中期至80年代初以及21世纪初,特别是2000年以来连续且频繁的干旱对黑龙江省玉米生产造成了重大损失。
  (2)黑龙江省近50年玉米生长季降水量主要在400-500mm之间,平均值为434.8 mm,比较适宜玉米种植;西部地区是唯一低于全省平均值的区域,生长季降水量平均值仅402.6mm,区域内的齐齐哈尔、泰来、肇源、杜蒙和林甸等地甚至低于375 mm,不能满足玉米对水分的基本需求,属于特别干旱的地区,必须依靠灌溉来维持玉米正常的生长发育。降水距平百分率的结果显示,黑龙江省西部地区和三江平原地区玉米生长季降水量的年际变化较大,表明这些地区的降水很不稳定,容易发生水旱灾害。根据Mann-Kendall突变检验和标准化降水指数的模拟结果,黑龙江省降水在近50年中主要发生了两次突变,分别在20世纪80年代初和90年代中后期,且20世纪70年代至80年代初和本世纪初处于相对少雨的时期,这也与干旱灾害严重的时段吻合。对黑龙江省不同区域玉米生长季月均降水量变化趋势结合玉米需水规律的分析表明,黑龙江省玉米生长季降水分布规律与春玉米生育期需水规律大体一致;此外,黑龙江省中南部地区、北部地区和三江平原地区玉米缺水的时段主要集中在6月和7月,西部地区在整个玉米生长季都处于比较缺水的状态。
  (3)黑龙江省西部地区玉米在生育期期间面临较为严重的高温胁迫。1965-2014年黑龙江省各地区玉米生育期内日最高温度大于30℃积温(AT)多年平均值为7.4-58.6℃·d。其中黑龙江省西部地区AT普遍偏高,区域内的泰来县AT多年平均值高达58.6℃·d;另外齐齐哈尔、龙江、林甸和安达四个市县的玉米生育期AT多年平均值也超过40℃·d。黑龙江省日最高温度大于30℃天数(AD)分布情况与AT分布情况相似,省内最高值同样出现在西部地区的泰来县(26.5天),此外这一区域内的齐齐哈尔、林甸等地AD值也较高。
  (4)对典型干旱年份气候因子特征分析的结果表明,不仅少雨和高温会导致严重的干旱,即使在降水量充足的年份,降水分布的严重不均也会导致干旱的发生;当多种不利因素共同作用时,干旱造成的损失会更加严重。黑龙江省西部地区兼具高温少雨及降水不规律等易导致干旱的气象条件,所以也是我省干旱风险最高的地区。黑龙江省玉米产区的干旱主要表现为春旱或春夏连旱,主要发生在玉米生育前期,这一时段高温胁迫一般较轻,以降水对干旱的影响最为直接和显著。
[硕士论文] 王锦杰
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:水稻是重要粮食作物,随着全球气候变暖,水稻高温热害的发生愈加频繁。因此,监测、预警及抗热逆研究对实现水稻的稳产高产尤为重要。在尚无任何水稻高温热害大区域监测和评估研究的情况下,本文在前人研究成果的基础上,开展了水稻高温热害监测和评估模型研究。首先提取水稻种植区域并判别其是否在高温热害的关键期——抽穗开花期。同时利用卫星遥感数据反演逐日最高气温和平均气温,云覆盖区域则以相应站点处的气温数据插值后补充,生成“卫星—插值”气温时间序列数据。然后基于以上数据,依据水稻高温热害指标展开水稻高温热害监测和评估,对热害进行等级划分与统计。模型可在研究区域范围内,选择任意时段,对这段时间内正处于抽穗开花期水稻的高温受害情况进行监测和评估。主要研究结果如下:
  (1)利用经过S-G滤波的时间序列植被指数,较好的提取了江苏、安徽两省的水稻种植区域。江苏省种植水稻211.22万hm2,安徽省种植早稻和一季稻共203.04万hm2,与统计年鉴数据对比江苏、安徽两省整体偏差为8.2%。
  (2)水稻抽穗开花期识别采用常用的EVI最大值对应算法,利用经过HANTS滤波后的光滑时序EVI,较好的识别了江苏、安徽两省的水稻抽穗开花期;对比江苏、安徽两省共11组农业气象试验站实测数据,有8组数据在±4天以内。
  (3)最高气温反演过程中,对比了多元回归法和温度—植被指数法;平均气温反演过程中,对比了多元回归法和DTVX法。最终多元回归法在两个过程中精度都最高,因此最高气温和平均气温反演采用多元回归方程进行。
  (4)以2013年8月5日-8月12日持续高温时段为例,运用模型表明,在此阶段处于抽穗开花期并受灾的水稻面积为78.94万hm2,处于抽穗开花期但未受灾的面积仅0.71万hm2,由此可见,当年该时段的高温热害极为严重。
  (5)对2013年度全研究区抽穗开花期水稻高温热害监测与评估表明,江苏、安徽总受灾面积为247.96万hm2,未受灾面积为163.49万hm2,水稻受灾率达60.3%,可见,2013年水稻抽穗开花期高温热害极为严重。
[硕士论文] 吴越
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:水稻是我国重要的粮食作物,对于国家粮食安全稳定具有重要意义,但当前水稻面临着不同气象灾害的影响,尤其是高温热害。适宜播期的选择能有效地降低水稻遭受高温危害的程度,从而实现水稻的高产和稳产。因此,本文以两个高温指标(连续3d及以上最高气温(Tmax)≥35℃和均温(Tave)≥30℃)对江苏7个站点1966~2015年高温热害的情况进行时间和空间上的分析;继而基于2012和2013年两年的试验数据,分析播期对水稻生长发育及产量的影响,为适宜播期的选择提供理论上的支撑;在上述基础上,对原ORYZA2000模型进行光合、呼吸和穗干物质分配系数部分温度因子上的改进;最后,运用改进后的模型对南京和吴县东山两个高温发生比较严重的站点进行4个播期1966~2015年高温情况的模拟和评估,为适宜播期的选择提供参考。得到的主要结论如下:
  (1)1966~2015年间,江苏地区Tmax≥35℃和Tave≥30℃两个临界温度可能出现的时间基本都处在125~250d之间,其中175~225d之间Tmax≥35℃发生概率主要以低于Tave发生概率为主,并且除徐州站外,其余站点越接近210d,Tmax≥35℃发生概率与Tave≥30℃相差越大;过去50年水稻生长季内(4~10月)各月连续3d及以上Tmax≥35℃和Tave≥30℃的天数及积温的各月均值在同一站点的情况基本一致,最高值出现在7月;多年变化趋势整体以增温为主,但均温指标更明显。两个高温中心多年均处在江苏的西南部,并随着时间推移向东南方向移动,但最高气温对应的高温中心多年移动范围更大。
  (2)播期的差异造成了生育阶段与气象因子配置的不同。两个高温指标显示各播期受高温危害的程度基本一致。在水稻高温敏感阶段内,2012年第1播期出现1次轻度高温热害,2013年第2和3播期均出现1次重度,第4播期出现1次轻度;而抽穗开花期仅2013年第2和3播期出现连续7d的中度高温。而不同播期各生育阶段对应气象因子的差异又造成了生育阶段长度及产量的不同。相关分析结果表明,2012年和2013年前两个播期产量均与后三个播期产量差异达到显著性水平(p<0.05)。分析各生育阶段长度和产量与各阶段平均日最高气温、均温、降水和辐射的关系发现,与温度因子的关系相对最紧密,尤其是平均日最高气温。
  (3)调整最大光合速率与温度的关系,改进呼吸速率计算过程中的叶温和穗温,同时对穗干物质分配系数进行高温订正,以此对模型进行改进,并分别对改进前后模型的模拟结果与实际值进行比较。相比改进前,改进后模型模拟穗生物量、绿叶生物量、枯叶生物量、LAI和产量与实测值的均方根误差(RMSE)和归一化均方根误差(NRMSE)都有所减小,其中产量和穗生物量的NRMSE减小较为明显,分别减小和2.23%和1.83%;而从模拟值和实测值的1∶1图来看,改进后模型对2013年地上部分总生物量的模拟效果有所提高,模拟值和实测值的线性回归系数更接近1。运用改进后的模型分别对南京和吴县东山两个站点1966~2015年120d、130d、140d和151d四个播期在实际气象条件和常年气象条件下的产量进行模拟。从整个50年高温对产量的影响来看,两个站点均表现为120d播期受高温影响造成的减产年份最多,产量减少总体最明显;而151d播期产量变化率波动最小,且减产都不明显,因此,认为选择151d左右作为这两个站点的播期更有利于获得产量的稳定。
[硕士论文] 谢晓燕
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:苏皖两省作为长江中下游稻区一季稻的主要产出省,在一季稻关键生长时期,常受到高温热害的危害。本文基于1961-2015年气象数据及1993-2013年生育期数据,根据高温热害等级指标,通过提取苏皖地区一季稻孕穗-抽穗期高温热害发生的站次比及高温热害发生频率,分析该区域内高温热害时空分布规律及周期变化特征。通过各台站高温热害发生次数构建高温热害危险性模型;以各市县一季稻种植面积与耕地面积之比作为暴露性评价指标;利用水稻生长模型ORYZA2000,模拟了一季稻实际产量和常年产量,通过减产率变异系数,构建承灾体脆弱性模型;通过农民人均纯收入、农业机械总动力及农业化肥施用量作为一季稻防灾减灾评估模型因子。通过构建高温热害“四因子”模型,基于ArcGIS平台,将其分为低值区、次低值区、次高值区和高值区,对苏皖地区进行高温热害风险区划。主要结论如下:
  (1)55年来,苏皖地区一季稻孕穗-抽穗期内不同等级高温热害发生的影响范围大小表现为轻度>中度>重度。苏皖地区高温热害存在周期波动特征,以13a时间尺度为其第一主周期。不同等级高温热害发生频率及高温热害发生平均日数总体呈由西南向东北方向逐级递减,低值区位于江苏沿海地区。进入21世纪后,苏皖地区一季稻孕穗-抽穗期高温热害发生更加频繁。
  (2)一季稻在苏皖地区具有一定的暴露性,高温热害危险性、脆弱性由沿海向内陆逐渐增加,而防灾减灾能力则表现相反的趋势。
  (3)一季稻高温热害风险由沿海地区向内陆逐渐增加,不同等级风险区域具有连续性与成片性。风险高值区和次高值区主要位于安徽西部、西南部分地区及安徽南部,风险次低值区主要位于安徽中部、东部地区及江苏西部区域,低值区主要位于江苏省内。
[硕士论文] 姜贯杨
农业信息化 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:中国是一个传统的农业种植大国,耕地面积大约有1.35亿公顷。然而由于水资源的相对匮乏,使得作物旱情问题一直困扰着农民和农业科技工作者。每年由于旱灾给各地带来数以亿计的作物损失,有些相对落后的地区受灾更为严重,甚至造成作物绝收,严重制约各区域的经济发展和社会稳定。因此,对于作物旱情监测预警的研究显得尤为刻不容缓,在现代农业生产中将会发挥重要作用,具有重要的经济价值和社会价值。
  本文依托安徽省科技攻关项目,设计开发大田作物旱情监测与预警系统。该系统主要利用SSH框架技术,采用B/S架构,使用Eclipse开发工具进行程序设计,SQL Server2008进行数据库设计,实现五大功能模块,包括土壤水分监测、作物水分监测、旱情监测预警、系统管理和系统说明。
  本文的主要研究内容和成果如下:
  1、结合安徽省农业发展的实际情况和用户实际需要对系统的整体功能需求和非功能需求展开分析,确定土壤水分监测、作物水分监测、旱情监测预警、系统管理和系统说明五个功能模块。
  2、确定系统开发采用的技术方案,进行系统整体的架构设计。对每个模块进行详细的功能设计,画出结构设计图和功能类图,列举部分功能运行的时序图。对系统需要使用的数据库表结构进行详细的设计。
  3、完成大田作物旱情监测和预警系统的开发,初步实现了土壤水分监测、作物水分监测和旱情监测预警等功能。
[硕士论文] 许佳琦
生态学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:干旱不仅对自然生态环境的平衡造成影响,而且对我国的农业生产造成严重影响,是制约我国农业发展因素之一。传统的干旱监测研究方法虽然真实性较高,但具有区域局限性,无法精确地反映大范围空间连续性的区域干旱状况。遥感技术具有及时、经济、覆盖范围广、连续性等特点,为干旱监测提供新的途径,已成为区域干旱监测研究的重要手段。因此,利用遥感技术优势,对大范围区域干旱进行研究具有现实意义。
  以8年的MODIS遥感数据,以及5年的FY-3A遥感数据,作为本研究的数据源,针对近年来黑龙江频繁出现的干旱,采用前人改进的特征空间法,实现干旱的监测,对改进前后特征空间法监测结果,进行评价和检验,形成以下结论:
  (1)以2000~2008年的5月25日至6月9日为分析时间段,获取8年该时间段的MODIS数据,提取每年该时段Ts-NDVI特征空间的干、湿边地表温度,依据提取结果,对Ts-NDVI特征空间改进合成。合成后的特征空间,称之为通用Ts-NDVI特征空间,其具有三角形分布特征,其干、湿边的地表温度边界相对平滑清晰,极大改善原有特征空间监测的不稳定性,同时,有效的提高了监测精确度。
  (2)将两种特征空间的VTCI值与10cm、20cm土壤相对湿度进行相关性分析,表明两种特征空间的VTCI值与10cm、20cm土壤相对湿度均存在正相关关系,多数年份的相关性系数在0.001~0.05之间,而且,与10cm土壤相对湿度的相关性更好,表明Ts-NDVI特征空间的VTCI能比较客观地反映土壤相对湿度,并且对浅层土壤相对湿度反映更敏感。同时,通用Ts-NDVI特征空间与10cm、20cm土壤相对湿度的相关性好于单一时段Ts-NDVI特征空间,其监测结果更接近10cm土壤相对湿度监测结果。
  (3)本文实现了基于FY-3A/VIRR数据合成通用Ts-NDVI特征空间,并对监测结果进行评价和检验。结果表明:10cm土壤相对湿度与通用Ts-NDVI特征空间和单一时段Ts-NDVI特征空间的相关性系数分别为0.294和0.136,前者通过了0.1的显著性检验,后者没有通过显著性检验;降水量与通用Ts-NDVI特征空间和单一时段Ts-NDVI特征空间的相关性系数分别为0.252和0.151,前者通过了0.05的显著性检验,后者没有通过显著性检验。由此可见,基于FY-3A/VIRR数据的通用Ts-NDVI特征空间监测结果优于单一时段的Ts-NDVI特征空间监测结果,表明基于FY-3A/VIRR数据的通用Ts-NDVI特征空间方法可以用于黑龙江省干旱监测。
[硕士论文] 周立威
农业资源利用 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:针对黑龙江省玉米作物低温冷害的相关问题,本文利用1960-2009年50年间黑龙江省十五个玉米农业气象观测站点的5-9月温度数据、1960-2009年50年间黑龙江江省的玉米产量数据,并基于5-9月平均气温之和(T5-9)前提下的冷害指标T5-9的距平值(△T5-9),对玉米低温冷害进行判别和分类。采用趋势性分析、变异系数、ArcGIS空间插值分析方法,得出黑龙江省玉米一般低温冷害和严重低温冷害的时空分布特征,运用SPSS相关性分析、Mann-Kendall突变性检验,分析黑龙江省玉米低温冷害对玉米产量的影响。
  本研究主要内容包括:⑴1960-2009年间黑龙江省玉米作物低温冷害的发生随时间呈减少态势,上世纪60年代和70年代温度整体偏低,且波动较大不稳定,低温冷害屡次发生,对农作物的影响较大。80年代依然有温度波动但幅度明显小很多,期间有几次较严重的低温冷害年,但整体频次有所下降。进入1990年后玉米低温冷害发生的次数、危害程度均呈降低和减轻的态势。2000-2009年间有且只有黑龙江省勃利县发生过一次一般低温冷害。⑵上世纪70年代黑龙江省玉米种植区热量资源变化不稳定,冷害的风险最大。空间上,东部冷害的风险性明显高于西部,南部地区冷害风险性最小。进入21世纪后温度波动时有发生,冷害风险依然存在,尽管全球持续升温,但低温冷害的防御工作依然必不可少。⑶1960-2009年这50年间,各地区在不同年代一般和严重低温冷害发生的频率总体呈减少趋势。时间上,前40年一般低温冷害较后10年严重,前30年严重低温冷害较后20年严重。60年代一般低温冷害出现次数最多,受灾面积最广,危害性最强,70年代次之,而严重低温冷害在这20年屡次出现。从空间整体性来说,发生一般低温冷害频率最高的是东部区域,南部和北部区域频率相对较低。严重低温冷害于东南西北四个方向均数次显现,东部和诬南地域较少发生严重低温冷害。特别指出,在这50年间,五常市多次出现严重低温冷害且频率波动较大,却未见一般冷害的发生。冷害具有区域性和群发性特点。部分区域在某些时期低温冷害呈增长趋向。⑷研究区73%的站点的玉米生育期的平均温度与玉米实际单产存在显著的相关关系,温度突变年份与玉米的单位面积产量明显下降年份基本一致,表明低温可以引起玉米减产。⑸积极应对黑龙江省玉米低温冷害,选择适应性较好的耐寒品种。做到预防与监测相结合,提早预报,尽早完成保温工作。结合区域受灾情况,调整农业结构和改进作物品种布局。提高玉米种植的抗低温技术,科学灌溉与施肥,必要时人工授粉,减少低温对玉米产量的影响。
[硕士论文] 庞鑫
测绘科学与技术 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:农业干旱是由于水分供应不平衡造成土壤缺水,影响农作物的生长发育,直接导致粮食减产,严重时影响粮食安全和社会稳定。干旱季节容易诱发各种其他自然灾害,如森林火灾、蝗灾、农作物减产、水资源短缺、土地沙漠化、地下水位下降等。准确监测农业干旱,长期以来都是学者们关注的重点,研究并掌握其发展特征是国家预防农业干旱及其他灾情发生的重中之重。本文在传统农业干旱监测及遥感干旱监测模型基础上,对地表温度(Land Surface Temperature,LST)进行数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和纬度校正得到修正后的LST,结合归一化植被指数(Normalized Difference VegetationIndex,NDVI)初步构建温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)模型;在此基础上进行拟合干边改进,形成具有区域特色的山西省农业干旱TVDI遥感监测模型。将其应用于研究区,得到1984-2016年山西省农业干旱监测结果,探讨并分析研究区33年间的干旱特征和演变特征,以及农业干旱动态变化与气候变化之间的响应。
  通过研究,得到以下主要结论:
  1.与改进前的模型相比,改进后的TVDI模型不仅修正了地区之间由于纬度差异带来的干旱监测误差,而且对提高高海拔地区的农业干旱监测精度效果显著。
  2.山西省农业干旱总体上呈减缓趋势,历年均有干旱发生,旱情由西到北呈现无旱到轻旱再到中旱的垂直分带现象;全省农业干旱普遍态势表现为2-4月北部重旱,其余地区轻旱或无旱,5-9旱情减缓,10月-次年1月区域内大部地区为轻旱或中旱;全省季际旱情除春季旱情呈现加重趋势外,其余三季均呈现出减缓趋势。
  3.1984-2016年间,山西省农业干旱的空间空间分布特征为:中旱或重旱区由西北部蔓延至西部,再到东部和中部,最后到西北地区;轻旱区由中部蔓延至中部和东部,最后到除中旱或重旱区的大多数区域。无旱区以运城大部为主,夏季面积达到最大。秋季旱情与DEM高程分布呈现出显著相关。
  4.分析TVDI与温度、降水的关系发现:年均TVDI与温度相关性不显著,正、负相关关系面积比例均衡,分别占全省总面积的57.3%和43.7%,相关系数绝对值东部高于西部;全省大部年均TVDI与降水呈现显著负相关关系,研究区内79%以上区域呈现负相关,60%以上范围相关系数绝对值达到0.5以上,且以吕梁山为界,东部相关性高于西部。
[硕士论文] 杨菲
科学技术史 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,受全球气候变化和气候变暖的影响,高温干旱等极端气候事件频发,对浙江省茶叶品质和产量产生了严重的影响。本文通过收集大量文献资料、浙江省气象数据和茶叶生产数据,分析阐明了茶叶生长产量和品质与气象条件的关系,概述了浙江省茶叶生产现状和气候资源,揭示了浙江高温干旱灾害时空分布规律,总结了近55年来茶树高温干旱防御技术的特征,提出了茶树高温干旱防御技术存在问题及对策。主要结果如下:
  茶树生长对气温和降雨要求较高,茶树最适温度要求在20~25℃,全年大于10℃积温3000℃~4500℃以上,年降水量最适为1500mm。茶叶产量与年平均气温、月平均气温、年极端最高气温、年平均相对湿度、年平均风速等气候因子显著相关。随着采摘前期日照时数的减少,茶叶中氨基酸和茶多酚含量将分别增加和下降。茶叶生产中,施肥、灌溉、修剪、采收等主要农事活动均需要适宜的气象条件。
  浙江的气候特征为四季分明,雨热同季,气候资源多样,气象灾害繁多。利用浙江省43个气象观测站1961~2015年6~9月逐日气象资料,再利用数学工具分析表明浙江地区茶树高温灾害主要分布在中西部地区,东部沿海和海岛地区灾害发生次数相对较少,各级热害基本上呈现自东向西增加的趋势;茶树干旱灾害整体表现为北多南少,东多西少。高温干旱灾害年际变化显著,存在明显的多尺度周期性特征。
  茶叶高温、干旱灾害防御技术可分为:气象技术、栽培管理技术和农业保险技术。不同时期灾害防御技术的应用为:从新中国成立后到20世纪70年代以前主要防御技术有良种引进、低产园改造、科学施肥和推行条栽技术;70-90年代,推广茶园平衡营养施肥、双行和多行条列式、良种繁育、矮化小行密植栽培;90年代以后,推广应用了茶树立体栽培模式、抗旱保水剂、地膜覆盖、滴灌和人工降雨技术,同时论述了不同防御技术的应用效果,并提出了浙江不同区域茶叶高温干旱灾害的防御技术。
  茶树高温干旱防御技术具有多样性、先进性、高度集成性等特征。目前还存在高温干旱气象灾害防御技术不够完善、信息发布传播覆盖面不广、气象灾害预警精细化程度不够高等主要问题,提出了强化浙江省茶树气象灾害防御技术的对策,包括加强茶园小气候监测气象预报、完善不同品种的气象灾害指标、加强茶叶气象服务产品开发、加强选育及生物技术,增加抗干旱耐热品种,加快气象指数保险,降低气象灾害的风险。研究结果对提高浙江茶区高温干旱气象灾害的监测预警和防御能力、减轻气象灾害对茶叶生产的影响具有重要参考借鉴意义。
[硕士论文] 多普增
水利工程 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:干旱问题是一个全球性的问题,它是世界上影响范围广,持续时间长,造成危害大,出现频率高的对人类社会影响最严的自然灾害之一。干旱导致供水资源匮乏,危害作物生长,使作物产量减少,并且影响着居民生活,工业生产及其他社会活动。青海省地处内陆腹地,青藏高原北部,它是世界上面积最大、高度最高、地形最复杂的高原,暖湿气团不易入侵,大部分地区处于干旱、半干旱带,对农牧业影响很大。干旱指数的研究可以对干旱发生过程进行量化。而干旱指标种类繁多并且对不同的地区适应性也各不相同,故此本文选取降水距平百分率,标准化降水指数,综合气象干旱指数做青海省东部农业区的适应性分析,选出适宜西北干旱区的干旱指标对提高预警预报精度,为防灾减灾提供参考和科学规划的依据,提高水资源可持续利用和管理水平有重要意义。
  本文利用青海省东部农业区1960-2006年的气象资料,对降水量进行EOF分解、M-K趋势检验法,分析降水在研究区的年际和年内变化;计算选取的三种干旱指标,通过对比干旱特征,与实际干旱情况进行核对得出了适宜的干旱指数,并以此分析研究区干旱时空分布规律。得出以下结论:
  (1)研究区1960-2006年年降水量自1972年发生突变,呈现增长的态势,并一直持续的到2002年,但这种增长的趋势不明显,所以47年年降水总体趋势变化不明显。空间分布上,年降水EOF第一模态方差贡献率为70.57%,第一模态呈整体变化趋势一致,中部变化大,南北两部变化相对较小;年内降水主要集中在5-9月,占全年降水的84%,且年内5月与其他11个月份的降水变化趋势相反,降水变化大的月份有7月、8月以及9月。
  (2)在春季和夏季干旱过程中,季尺度的SPI和Pa变化趋势比较一致,季平均Clnew在某些年份的变化趋势与其他两个指标不同,会出现一些小的波动。Clnew指数可以对干旱进行逐日监测,能够探测到干旱的发生和发展,但是由于前期90d的降水和蒸散量的影响而在月尺度和日尺度下表现不是很好,存在误差,并且旱情偏重,需要在前期90d的降水和蒸散量的权重问题上重新考量。MI指数则在重旱能很好的表现,在其他旱情下表现一般。SPI则是在旱情轻的地方表现较好而在旱情严重表现一般。Pa指数能较好地表现旱情的情况和发展,并且在与实际旱情对比上,Pa指数稳定地保持着较高的准确率。
  (3)春夏两季干旱变化趋势越大的地方,旱灾发生越频繁;春季以重旱、轻旱为主要旱情,乐都、民和、循化、尖扎、黄南地区易发生严重干旱;夏季以轻旱为主要旱情,贵德、乐都、循化、黄南、大通易发生干旱。春季旱情呈持续好转,直到2001年旱情开始恶化,而夏季旱情则呈持续恶化的状况。
[硕士论文] 张浩杰
农业水土工程 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:明确干旱的发展趋势对指导农业生产具有重要意义。本文在对比分析各类干旱指数的基础上,选择空间适用性强的自校准帕默尔干旱指数作为干旱分析指标。以中国659个气象站点1951-2012年的降水、温度、土壤有效持水量等数据为基础,应用自校准帕默尔旱度模式计算出各个站点的帕默尔干旱指数值,选择ArcGIS空间插值、Morlet小波等方法全面分析中国降水、温度以及干旱的时空变化,旨在为全国以及各个地区防旱、抗旱与干旱预测提供参考依据。获得的主要结果如下:
  (1)全国降水量除西北地区外主要呈减少趋势,温度呈上升趋势。全国平均降水量在20世纪50年代到20世纪60年代呈现下降趋势,在60年代中期到21世纪初下降趋势缓慢。降水量年代变化空间差异显著,西北大部分地区的降水量在近60年呈现明显的增加趋势;东北地区的降水量有着明显的年代变化特征,在20世纪80年代以前呈现明显的减少趋势,80年代到90年代呈现增加趋势,21世纪前十年又显著减小;西北地区东部与华北部分地区的降水量在近60年主要呈现减小趋势。北方大部分地区温度上升幅度较大,而南方大部分地区温度变化不明显。
  (2)从时间尺度来看,干旱呈增强趋势,且存在多个时间尺度的周期震荡。全国干旱强度呈增强趋势,其中20世纪50年代比较湿润,60年代到90年代干湿交替出现,从90年代中期开始呈现出明显的变干趋势,且干旱范围大大增加,中旱与重旱的变化趋势与轻旱基本一致。年与四季干旱的小波周期振荡在4、7、11、15、28a左右的时间尺度上比较显著。太阳黑子活动存在11a的海尔(磁)准周期,说明年SC-PDSI指数受太阳活动的影响强烈。此外,4a左右的震荡周期与大气环流2-4a周期、厄尔尼诺2-7a出现一次的周期相符,表明SC-PDSI指标除受太阳活动影响外,还受大气环流和厄尔尼诺事件的影响。
  (3)全国干旱空间差异显著。干旱频率主要集中在33%~50%之间,夏秋两季的干旱频率略高于春冬两季。干旱强度空间分布与干旱频率基本一致,说明干旱越频发的地方其干旱强度越大。近60年来,西北大部分地区以及西藏部分地区有变湿趋势,东北地区、华中以及南方大部分地区有明显的变干趋势。
  (4)降水量与PDSI呈正相关关系,温度与PDSI呈负相关关系。在时间尺度上,20世纪90年代以前PDSI与降水的相关性较好,在90年代以后PDSI与温度的相关性较好,这说明20世纪90年代初温度的突然升高是导致干旱增大的主要因素。在空间尺度上,降水量与PDSI有着很好的相关关系,说明在全国大部分地区降水量对干旱的变化影响显著;在东北、华北等地随着温度的升高干旱逐渐增强,说明在温度对PDSI影响显著。
[硕士论文] 成威
生态学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:宁夏是中国酿酒葡萄生产最佳生态区之一。但由于宁夏的地形及特殊的地理位置,再加上冬季寒潮影响,使葡萄安全越冬受到了一定的威胁,通过研究建立酿酒葡萄综合冻害指数以及对宁夏酿酒葡萄冻害进行风险区划对该区域酿酒葡萄的种植与管理有很强的现实意义,并为促进宁夏酿酒葡萄的发展提供理论基础与指导。本文选取冬季极端最低气温、降温持续的时间、平均最低气温等气象因子作为酿酒葡萄越冬期冻害气象指标。并运用主分量分析方法计算得到酿酒葡萄综合冻害指数,然后采用线性回归、Mann-Kendall检验以及Morlet小波分析方法对综合冻害指标进行分析,最后依据自然灾害风险理论,从孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承灾体脆弱性及防灾减灾能力四个方面进行分析,最后对宁夏酿酒葡萄越冬期冻害风险开展评估和区划,并结合2015-2016年度在宁夏永宁县闽宁镇玉泉营葡萄基地和原隆村开展的酿酒葡萄冻害实验结果加以讨论,得到如下结论:
  1.冻害指数越低,酿酒葡萄发生冻害越严重。分析确定了0为宁夏酿酒葡萄冻害的临界指标。近55a以来葡萄冻害指数有一定上升趋势,综合冻害指数年代际变化以25~30a的周期信号明显,年代变化上在5a和10-15a的周期信号上也较明显。
  2.永宁县冻害实验地点的气温与地温之间存在显著性水平的相关。试验结果表明,为确保宁夏酿酒葡萄安全越冬,必须要使下架葡萄的覆土深度大于40cm,使根系区域的地温大于-5℃。
  3.宁夏的西吉县中部、盐池县、陶乐县、固原市原州区、惠农县和平罗县的部分地区属于综合冻害高风险以及次高风险区域;宁夏北部地区的永宁县、银川市郊区、贺兰县、灵武市,宁夏中部地区的中卫和同心的东部,宁夏南部地区的彭阳和泾源部分地区处于综合冻害中级风险区;宁夏其余地区处于低和次低级别的风险区,并主要集中在宁夏中部地区。评估与区划结果表明:宁夏酿酒葡萄越冬期冻害风险评估模型比较客观,较全面地反映出该区域的冻害风险水平。
[硕士论文] 熊宇
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国设施栽培面积迅速增加,寡照已经成为设施蔬菜生产中最为严重的气象灾害之一。关于寡照灾害对设施黄瓜的影响,前人多是利用人工气候箱,研究寡照对苗期叶片光合作用和叶绿素荧光特性等参数的影响,而关于持续寡照天气的影响,尤其是对黄瓜花果期的生长、果实产量和品质影响研究较少。
  本研究以黄瓜“德瑞特L108”为试材,设计不同寡照程度(遮阴60%、40%、20%)和不同寡照日数(寡照1、3、5、7、9d)及正常光照条件下的恢复处理试验,研究寡照对日光温室花果期黄瓜光合特性、抗氧化酶活性、生长特性、果实产量和品质的影响;利用辐热积(TEP)和温光效应(LTF)指标,构建了基于温光的黄瓜植株生长、干物质、及产量模拟模型,确定了设施黄瓜花果期寡照灾害等级指标。
  (1)寡照导致黄瓜叶片的比叶重减小,叶片变薄;叶片的净光合速率、光饱和点、最大净光合速率以及表观量子效率均有不同程度的降低,寡照程度越强,寡照持续日数越长,叶片净光合速率越小。寡照持续日数小于7d恢复正常光照9d,黄瓜植株气孔限制值、净光合速率、叶片光合能力等可恢复至正常水平;持续寡照7d与对照相比,叶片净光合速率下降55.2%,气孔限制值增加44.6%,且黄瓜植株相关生理参数经过9d不能恢复至正常水平。
  (2)寡照导致黄瓜叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物歧化酶(POD)活性升高,过氧化氢酶(CAT)活性下降,而丙二醛(MDA)含量持续增加,增加幅度随着寡照程度增强和寡照日数的延长而增大。恢复正常光照条件后,寡照小于7d的黄瓜叶片SOD、POD和CAT活性很快恢复到正常水平,MDA含量持续下降。持续寡照7d的黄瓜叶片与对照相比SOD活性升高42.6%,MDA含量增加90.1%,经过9d仍分别比对照高7.8%和60.5%,各项指标短时间内难以恢复到正常水平。
  (3)与对照相比,持续寡照下黄瓜植株的株高、茎粗、单株叶面积、地上部分干鲜重、地下部分干鲜重增长率均减小,而比叶面积增加;寡照程度越强,寡照持续日数越长,下降幅度越大。恢复正常光照后,黄瓜植株的株高、茎粗、单株叶面积增长率均逐渐增加,比叶面积逐渐减小。寡照日数小于7d,黄瓜植株的株高、茎粗、叶面积等的增长率均能在9d内恢复至正常水平;持续寡照7d的黄瓜植株与CK相比,株高和茎粗分别下降了8.1%和9.6%,比叶面积增加了49.9%,且经过9d恢复期后各项生长指标生长率仍不能恢复到正常水平。
  (4)寡照影响黄瓜果实的生长,持续寡照条件下黄瓜果长和果径的增长率比对照均有不同程度的降低,且寡照持续日数越长,果长和果径的生长率越小。寡照9d与对照相比,黄瓜含水量、维生素C、花青素、可溶性糖的含量分别下降了1.4%、54.0%、42.0%和42.6%,有机酸含量升高了32.5%,果实营养品质显著降低。从外观品质来看次果比例显著增加,寡照日数越长,坏果率越大。同时,寡照还使黄瓜单果重减小,产量下降;且寡照程度越强,持续日数越长,产量越小。
  (5)引用寡照胁迫系数,利用TEP法建立的模拟模型精度次于LTF法度,对黄瓜植株干物质生产的模拟优于对干物质分配的模拟(其中,对地下部分的模拟效果较差),对叶面积的模拟最稳定。研究利用层次分析法确定权重,建立了设施黄瓜花果期产量模拟模型,并且计算了设施黄瓜花果期寡照胁迫指数,根据寡照胁迫指数大小将设施黄瓜寡照等级划分为轻、中、重三个等级。研究结果可为设施黄瓜遭受寡照灾害时定量评估灾害损失提供理论依据和技术支持。
[硕士论文] 陈德
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:研究表明,低温冷害仍然是影响东北地区单季稻生长发育和产量的主要农业气象灾害之一。全球气候变暖已经成为共识,在这样的背景下,2000-2010年东北地区水稻延迟型冷害和障碍型冷害总体呈现下降趋势,但是随着种植格局改变水稻生产遭受低温冷害的风险仍然存在,极端低温事件也时有发生。为此,有必要深入研究如何快速有效地监测东北地区水稻低温冷害的发生情况以及如何评估冷害对水稻产量的影响。本文将从遥感监测和模型模拟两个方面着手,重点针对东北稻区延迟型冷害提出监测方案,同时在模型改进的基础上,建立障碍型冷害影响评估方法。首先,分析低温冷害影响下稻田的光谱特征,构建用于表征生育期延迟的CVI指标变量;选用2001-2015年MODIS光谱反射率产品,提取东北地区水稻种植区并识别水稻关键生育期;基于CVI指标变量构建延迟型冷害遥感监测指标体系,实现遥感监测。然后,以ORYZA2000作物模型为蓝本,耦合基于气象指标的水稻低温冷害监测模块和产量要素模拟模块(包括茎蘖动态、空壳率、秕谷率、千粒重),并利用东北地区水稻大田试验资料,改进ORYZA2000模型生育期模块;根据东北地区34个农业气象观测站2001-2014年水稻观测资料和同期气象数据,实现低温冷害监测和产量损失评估。
  本文主要的研究成果如下:
  1.水稻移栽至抽穗开花期EVI指数逐渐增大,最大EVI出现在抽穗开花期,抽穗开花期后EVI指数逐渐减小。在移栽至抽穗开花期,低温导致水稻发育进程受阻,EVI指数增长速率减小,抽穗开花期推迟;在抽穗开花至成熟期,低温导致植株自然衰败进程放缓甚至停滞,EVI指数的下降速率减小,水稻出现“贪青”,成熟期推迟。EVI指数的变化率可以反映水稻生育期是否提前或延迟。
  2.以CVI指数表示水稻移栽至抽穗开花期(TF阶段)EVI指数平均变化率。基于多时相MODIS遥感数据识别东北地区水稻移栽期和抽穗开花期,并计算CVI指数。统计TF阶段不同持续天数下的CVI变化,结果显示:随着生育期天数的延长,CVI指数呈减小的趋势,CVI指数越小,TF阶段生育期出现延迟的可能性越大;生育期天数相同时,CVI指数存在一个变化范围,并且CVI指数相同时,也可能对应不同的生育期天数。
  3.水稻延迟性冷害遥感监测结果显示,三江平原东北部,松嫩平原东部,辽河平原西南部及长白山地区延迟型冷害发生概率较大,重度延迟的发生比例大于轻度和中度延迟;松花江中游地区、松嫩平原西南部、西流松花江及辽河平原中北部地区延迟型冷害发生概率较小。延迟型冷害较重的年份有2003年、2006年和2007年,2009年后延迟型冷害发生比例呈减小的趋势。
  4.为提高模型生育期模拟精度,采用了如下方法:1)引入Beta方程作为温度响应函数;2)在模拟不同生育阶段时使用不同的三基点温度阈值;(3)采用全局优化算法修正模型参数。在ORYZA2000中耦合低温冷害监测模块和产量形成要素模块,使模型不仅能实现对延迟型冷害、障碍型冷害的监测,还可以评估冷害对水稻产量的影响。
  5.基于水稻生育期遥感识别结果和稻田光谱观测资料,分析延迟型冷害植被指数特征,构建遥感监测指标体系,可以避免采用遥感反演地表温度再套用气象监测指标带来的不确定性。模型监测方案不但将气象指标和改进的ORYZA2000模型结合,还将水稻产量形成要素模拟与低温冷害监测相结合,可以获取比较精确的灾害监测和产量减损数据。
[硕士论文] 胡清华
自然地理学 河北师范大学 2017(学位年度)
摘要:旱灾是我国损失和影响最为严重的自然灾害之一。随着全球气候变暖,极端天气频发,区域社会经济发展,需水量剧增等压力的加大,干旱灾害及其风险问题越来越突出,旱灾有不断加重的趋势。减轻区域农业旱灾风险,需要集中与旱灾风险防范相关的各种行动措施,形成凝聚力。有效地减低脆弱性,提高适应和应对能力,是当前和未来综合减灾的发展方向。
  本文将凝聚力概念引入区域农业旱灾综合风险防范研究。通过典型区域特大旱灾案例在网络发布的应对信息,梳理了旱灾成因、灾情、影响、应急措施、救助、灾后恢复、灾前/以及下一轮灾害发生前所做的备灾工作。弄清了各种风险防范参与主体在旱灾防灾减灾过程中所起的作用,发现了凝聚力形成的动力来源,根据分析做出了体现区域农业旱灾协同减灾的案例表。通过分析来自政府部门的统计资料,工作报告或工作进展,获取农业经营的资源环境基础数据,筛选研究区农业旱灾综合风险防范的影响因素。通过实际调研走访,了解了农户的旱灾意识、减灾意愿、减灾策略和行动措施对凝聚力形成的重要性。
  根据灾害系统理论,采用综合分析与主导因素相结合的思路,按照凝聚力形成的力量来源,利用指标筛选以及GIS空间分析等技术方法,开展了对区域农业旱灾综合风险防范凝聚力指标体系和凝聚力评价方法的构建。建立了县级和村级农业旱灾综合风险防范凝聚力评价的指标体系。评价指标包括软硬两类,其中,软指标涵盖组织领导、管理调控、科学技术、保险、信息传播、交流与沟通等方面;硬指标主要考核农业经营的孕灾环境、水土资源匹配程度,农业旱灾适应与应对的各种能力等。县域水平上凝聚力评价指标分两个层次,第一层次,考察应对和适应区域旱灾相关部门的组织领导力、部门协同合作力、政策支撑度、孕灾环境稳定度、资源和工程设施保障力、财力和粮食供给的满足度、农业生产效率等。第二层次的指标分别对第一层次提出的各个维度进行考量。区域农业旱灾综合风险防范凝聚力指标体系考虑了系统内外两种资源和力量。凝聚力的形成和影响因素在不同区域、不同时段存在差异,有动态变化的特征。
  结合区域旱灾案例及邢台县实际进行实证分析。分析结果表明,区域农业旱灾综合风险防范凝聚力的形成和提升不仅取决于农户及个人的响应方式调整,而且取决于政府部门领导力和部门、社会团体、企事业单位之间的高效协作。长期的旱灾风险防范,需要将农业水资源需求与供给控制到平衡状态。为了谋求减灾与可持续发展,旱灾减灾需要由应急模式转为完整灾害周期的风险防范。
[博士论文] 周新国
农业水土工程 河北农业大学 2016(学位年度)
摘要:淮河流域多年平均降雨量911mm,6~9月降水量占年降水量的50%~80%。因强降水多发生在玉米生育期,易发生涝渍危害,因此开展调控玉米涝渍危害研究,对促进淮河流域玉米生产具有重要意义。本文利用淮河流域33个气象站资料,分析了玉米播种~拔节期、拔节~抽雄期、抽雄~成熟期、成熟~收获期降雨规律,探寻玉米不同生育期涝渍发生强度和趋势;通过模拟分析和田间试验,确定农田的排水规格;对涝渍后玉米的氮磷流失特性及生理生化响应机制进行分析,通过试验分析叶面喷施多胺及磷酸二氢钾修复玉米涝渍灾害的原理。该研究有助于提高淮河流域玉米涝渍灾害防控能力,同时为玉米田排水提供理论基础。主要成果如下:
  (1)淮河流域夏玉米播种~拔节期旱涝灾害时有发生,拔节~抽雄期内水涝灾害增多,抽雄~成熟期水涝灾害呈减少趋势,夏玉米成熟~收获期水涝灾害减少;通过SPI空间分析,将淮河流域划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区5个子区,各区重涝以上次数19、22、22、22、18次,主要发生时期依次为抽雄~成熟期、抽雄~成熟期、播种~抽雄期、拔节~成熟期、播种~抽雄期。
  (2)应用DRAINMOD模型对1957年至2012年间的排水量和径流量进行了模拟分析,通过多站点长期地下水位观测值对模拟值进行验证,并以年SEW30值大于100发生的次数小于5次作为排水沟的设计标准,提出适合于商丘地区易涝易渍农田的最优排水农沟深度为1.2m,间距为120m,并通过2011~2012年田间试验进行了验证。
  (3)对不同生育期夏玉米淹水后的作物生长状况、产量结构进行了研究分析,确定了不同生育阶段的耐淹天数;明确了玉米耐淹后可溶性糖、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、叶绿素含量等生理生化指标变化特征。
  (4)叶面喷施多胺复合制剂和磷酸二氢钾提高了淹水玉米叶片内的内源亚精胺含量、根系活力、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量及产量,增强了玉米抗逆能力,修复玉米涝渍带来的伤害。
  (5)玉米灌浆期30cm和50cm渍水时全氮含量在第5d达到最大值,分别为2.04mg/L和1.83mg/L;全磷含量在第3d达到最大值,分别为0.16mg/L和0.15mg/L。
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